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鑒于電源電路存在一些不穩(wěn)定因素,，而設(shè)計(jì)用來防止此類不穩(wěn)定因素影響電路效果的回路稱作保護(hù)電路,。在各類電子產(chǎn)品中，保護(hù)電路比比皆是,，例如：過流保護(hù),、過壓保護(hù)、過熱保護(hù),、空載保護(hù),、短路保護(hù)等等,，本文就整理了一些常見的保護(hù)電路。

電機(jī)過熱保護(hù)電路

生產(chǎn)中所用的自動車床,、電熱烘箱,、球磨機(jī)等連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電設(shè)備，以及其它無人值守的設(shè)備,， 因?yàn)殡姍C(jī)過熱或溫控器失靈造成的事故時有發(fā)生,，需要采取相應(yīng)的保安措施。PTC熱敏電阻過熱保護(hù)電路能夠方便,、有效地預(yù)防上述事故的發(fā)生 ,。

下圖是以電機(jī)過熱保護(hù)為例，由PTC熱敏電阻和施密特電路構(gòu)成的控制電路,。圖中,，RT1、RT2,、RT3為三只特性一致的階躍型PTC熱敏電阻器,，它們分別埋設(shè)在電機(jī)定子的繞組里。 正常情況下,，PTC熱敏電阻器處于常溫狀態(tài),，它們的總電阻值小于1KΩ。此時,，V1截止,，V2導(dǎo)通，繼電器K得電吸合常開觸點(diǎn),，電機(jī)由市電供電運(yùn)轉(zhuǎn),。
    

當(dāng)電機(jī)因故障局部過熱時，只要有一只PTC熱敏電阻受熱超過預(yù)設(shè)溫度時,，其阻值就會超過10KΩ以上,。 于是V1導(dǎo)通、V2截止,，VD2顯示紅色報警,，K失電釋放，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),，達(dá)到保護(hù)目的,。

PTC熱敏電阻的選型取決于電機(jī)的絕緣等級。通常按比電機(jī)絕緣等級相對應(yīng)的極限溫度低40℃左右的范圍選擇PTC熱敏電阻的居里溫度,。例如,，對于B1級絕緣的電機(jī)，其極限溫度為130℃，應(yīng)當(dāng)選居里溫度90℃的PTC熱敏電阻,。

逆變電源中的保護(hù)電路

逆變器經(jīng)常需要進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換,如果電路中的電流超出限定范圍,，將對電路和關(guān)鍵器件造成很大傷害，因此保護(hù)電路在逆變電源中就顯得尤為重要,。

防反接保護(hù)電路

如果逆變器沒有防反接電路,，在輸入電池接反的情況下往往會造成災(zāi)難性的后果，輕則燒毀保險絲,，重則燒毀大部分電路,。在逆變器中防反接保護(hù)電路主要有三種：反并肖特基二極管組成的防反接保護(hù)電路，如下圖所示,。

由圖可以看出，當(dāng)電池接反時,，肖特基二極管D導(dǎo)通,，F(xiàn)被燒毀。如果后面是推挽結(jié)構(gòu)的主變換電路,，兩推挽開關(guān)MOS管的寄生二極管的也相當(dāng)于和D并聯(lián),，但壓降比肖特基大得多，耐瞬間電流的沖擊能力也低于肖特基二極管D,，這樣就避免了大電流通過MOS管的寄生二極管,，從而保護(hù)了兩推挽開關(guān)MOS管。 

這種防反接保護(hù)電路結(jié)構(gòu)簡單,，不會影響效率,，但保護(hù)后會燒毀保險絲F，需要重新更換才能恢復(fù)正常工作,。 

采用繼電器的防反接保護(hù)電路,，基本電路如下：

由圖中可以看出，如果電池接反,，D反偏,，繼電器K的線圈沒有電流通過，觸點(diǎn)不能吸合,，逆變器供電被切斷,。這種防反接保護(hù)電路效果比較好，不會燒毀保險絲F,，但體積比較大,，繼電器的觸點(diǎn)的壽命有限。 

采用MOS管的防反接保護(hù)電路,，基本電路如下所示：

圖中D為防反接MOS的寄生二極管,，便于分析原理畫出來了。當(dāng)電池極性未接反時,，D正偏導(dǎo)通,，Q的GS極由電池正極經(jīng)過F,、R1、D回到電池負(fù)極得到正偏而導(dǎo)通,。Q導(dǎo)通后的壓降比D的壓降小得多,，所以Q導(dǎo)通后會使D得不到足夠的正向電壓而截止。 

當(dāng)電池極性接反時,，D會由于反偏而截止,，Q也會由于GS反偏而截止，逆變器不能啟動,。這種防反接保護(hù)電路由于沒有采用機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)而具有比較長的使用壽命,，也不會像反并肖特基二極管組成的防反接保護(hù)電路那樣燒毀保險絲F.因而得到廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)是MOS導(dǎo)通時具有一定的損耗,。足夠暢通無阻地通過比較大的電流還保持比較低的損耗,。 

電池欠壓保護(hù)

為了防止電池過度放電而損壞電池，我們需要讓電池在電壓放電到一定電壓的時候逆變器停止工作,，需要指出的一點(diǎn)是,，電池欠壓保護(hù)太靈敏的話會在啟動沖擊性負(fù)載時保護(hù)。這樣逆變器就難以起動這類負(fù)載了,，尤其在電池電量不是很充足的情況下,。請看下面的電池欠壓保護(hù)電路。 

可以看出這個電路由于加入了D1,、C1能夠使電池取樣電壓快速建立,，延時保護(hù)。

鋰電池充電保護(hù)電路

鋰電池過充,，過放電都會影響電池的壽命,。在設(shè)計(jì)時，要注意鋰電池的充電電壓,，充電電流,。然后選取合適的充電芯片。注意要防止鋰電池的過充,，過放,，短路保護(hù)等問題。同時,，設(shè)計(jì)完成后要經(jīng)過大量的測試,。

鋰電池充電電路的設(shè)計(jì)

這里選擇了芯片TP4056為例子。根據(jù)所接電阻不同可以控制充電大電流,?？梢栽O(shè)計(jì)充電指示燈，可以設(shè)計(jì)充電溫度即多少到多少度之間進(jìn)行充電。

充電保護(hù)電路

選擇芯片DW01 和GTT8205的組合,，可以做到短路保護(hù),，過充過放電的保護(hù)。

開關(guān)電源中的過流保護(hù)電路

開關(guān)電源中常用的過流保護(hù)方式

過電流保護(hù)有多種形式,，如圖1所示,，可分為額定電流下垂型，即フ字型,；恒流型,；恒功率型，多數(shù)為電流下垂型,。過電流的設(shè)定值通常為額定電流的110％～130％,。一般為自動恢復(fù)型。

圖1中①表示電流下垂型,，②表示恒流型,，③表示恒功率型。

圖1 過電流保護(hù)特性

用于變壓器初級直接驅(qū)動電路中的限流電路

在變壓器初級直接驅(qū)動的電路（如單端正激式變換器或反激式變換器）的設(shè)計(jì)中,，實(shí)現(xiàn)限流是比較容易的。圖2是在這樣的電路中實(shí)現(xiàn)限流的兩種方法,。

圖2電路可用于單端正激式變換器和反激式變換器,。圖2（a）與圖2（b）中在MOSFET的源極均串入一個限流電阻Rsc，在圖2（a）中,， Rsc提供一個電壓降驅(qū)動晶體管S2導(dǎo)通,，在圖2（b）中跨接在Rsc上的限流電壓比較器，當(dāng)產(chǎn)生過流時,，可以把驅(qū)動電流脈沖短路,，起到保護(hù)作用。

圖2（a）與圖2（b）相比,，圖2（b）保護(hù)電路反應(yīng)速度更快及準(zhǔn)確,。首先，它把比較放大器的限流驅(qū)動的門檻電壓預(yù)置在一個比晶體管的門檻電壓Vbe更 的范圍內(nèi),；第二,，它把所預(yù)置的門檻電壓取得足夠小，其典型值只有100mV～200mV,，因此,，可以把限流取樣電阻Rsc的值取得較小，這樣就減小了 功耗,，提高了電源的效率,。

（a）晶體管保護(hù)

（b）限流比較器保護(hù)

圖2 在單端正激式或反激式變換器電路中的限流電路

當(dāng)AC輸入電壓在90～264V范圍內(nèi)變化，且輸出同等功率時，則變壓器初級的尖峰電流相差很大,，導(dǎo)致高,、低端過流保護(hù)點(diǎn)嚴(yán)重漂移，不利于過流點(diǎn)的一致 性,。在電路中增加一個取自＋VH的上拉電阻R1,，其目的是使S2的基極或限流比較器的同相端有一個預(yù)值，以達(dá)到高低端的過流保護(hù)點(diǎn)盡量一致,。

用于基極驅(qū)動電路的限流電路

在一般情況下,，都是利用基極驅(qū)動電路把電源的控制電路和開關(guān)晶體管隔離開來。變換器的輸出部分和控制電路共地,。限流電路可以直接和輸出電路相接,，其電路如圖3所示。在圖3中,，控制電路與輸出電路共地,。工作原理如下：

圖3 用于多種電源變換器中的限流電路

電路正常工作時，負(fù)載電流IL流過電阻Rsc產(chǎn)生的壓降不足以使S1導(dǎo)通,，由于S1在截止時IC1=0,， 電容器C1處于未充電狀態(tài)，因此晶體管S2也截止,。如果負(fù)載側(cè)電流增加,，使IL達(dá)到一個設(shè)定的值，使得ILRsc=Vbe1＋I(xiàn)b1R1,，則S1導(dǎo)通,，使 電容器C1充電，其充電時間常數(shù)τ= R2C1,，C1上充滿電荷后的電壓是VC1=Ib2R4＋Vbe2,。在電路檢測到有過流發(fā)生時，為使電容器C1能夠快速放電,，應(yīng)當(dāng)選擇R4,。

無功率損耗的限流電路

上述兩種過流保護(hù)比較有效，但是Rsc的存在降低了電源的效率,，尤其是在大電流輸出的情況下,，Rsc上的功耗就會明顯增加。圖4電路利用電流互感器作為檢測元件,，就為電源效率的提高創(chuàng)造了一定的條件,。

圖4電路工作原理如下：利用電流互感器T2監(jiān)視負(fù)載電流IL，IL在通過互感器初級時,，把電流的變化耦合到次級,，在電阻R1上產(chǎn)生壓降,。二極管D3對脈 沖電流進(jìn)行整流，經(jīng)整流后由電阻R2和電容C1進(jìn)行平滑濾波,。當(dāng)發(fā)生過載現(xiàn)象時,，電容器C1兩端電壓迅速增加，使齊納管D4導(dǎo)通,，驅(qū)動晶體管 S1導(dǎo)通,，S1集電極的信號可以用來作為電源變換器調(diào)節(jié)電路的驅(qū)動信號。

圖4無功耗限流電路

電流互感器可以用鐵氧體磁芯或MPP環(huán)型磁芯來繞制,，但要經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),，以確保磁芯不飽和。理想的電流互感器應(yīng)該達(dá)到匝數(shù)比是電流比,。通?；ジ衅鞯腘p=1，Ns=NpIpR1/（Vs＋VD3）,。具體繞制數(shù)據(jù)后還要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)整,，使其性能達(dá)到較佳狀態(tài)。

用555做限流電路

圖5為555集成時基電路的基本框圖,。

圖5 555集成時基電路的基本框圖

555集成時基電路是一種新穎的,、多用途的模擬集成電路，有LM555,，RCA555,，5G1555等，其基本性能都是相同的,，用它組成的延時電路、單穩(wěn)態(tài)振蕩器,、多諧振蕩器及各種脈沖調(diào)制電路,，用途十分廣泛，也可用于直接變換器的控制電路,。

555時基電路由分壓器R1,、R2、R3,，兩個比較器,，R-S觸發(fā)器以及兩個晶體管等組成，電路在5～18V范圍內(nèi)均能工作,。分壓器提供偏壓給比較器1 的反相輸入端,，電壓為2Vcc/3，提供給比較器2的同相輸入端電壓為Vcc/3,，比較器的另兩個輸入端腳2,、腳6分別為觸發(fā)和門限,，比較器輸出控制R- S觸發(fā)器，觸發(fā)器輸出供給輸出級以及晶體管V1的基極,。當(dāng)觸發(fā)器輸出置高時,，V1導(dǎo)通，接通腳7的放電電路,；當(dāng)觸發(fā)器輸出為低時,，V1截止，輸出級提供一 個低的輸出阻抗,，并且將觸發(fā)器輸出脈沖反相,。當(dāng)觸發(fā)器輸出置高時，腳3輸出的電壓為低電平,，觸發(fā)器輸出為低時,，腳3輸出的電壓為高電平。輸出級能夠提供的 大電流為200mA,，晶體管V2是PNP管,，它的發(fā)射極接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vr，Vr的取值總是小于電源電壓Vcc,，因此,，若將V2的基極（腳4 復(fù)位）接到Vcc上，V2的基—射極為反偏,，晶體管V2截止,。

圖6為用555做限流保護(hù)的電路，其工作原理如下：UC384X與S1及T1組成一個基本的PWM變換器電路,。UC384X系列控制IC有兩個閉環(huán)控制回路,，一個是輸出電壓Vo反饋至誤差放大器，用于同基準(zhǔn)電壓Vref比較之后產(chǎn)生誤差電壓（為了防止誤差放大器的自激現(xiàn)象產(chǎn)生,，直接把腳2對地短接）,；另一個是變壓器初級電感中的電流在T2次級檢測到的電流值在R8及C7上的電壓，與誤差電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生調(diào)制脈沖的脈沖信號,。

當(dāng)然,，這些均在時鐘所設(shè)定的固定頻率下工作。UC384X具有良好的線性調(diào)整率,，能達(dá)到0.01％/V,；可明顯地改善負(fù)載調(diào)整率；使誤差放大器的外電路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得 到簡化,，穩(wěn)定度提高并改善了頻響,，具有更大的增益帶寬乘積。UC384X有兩種關(guān)閉技術(shù),；一是將腳3電壓升高超過1V,，引起過流保護(hù)開關(guān)關(guān)閉電路輸出,；二 是將腳1 電壓降到1V以下，使PWM比較器輸出高電平,，PWM鎖存器復(fù)位,，關(guān)閉輸出，直到下一個時鐘脈沖的到來,，將PWM鎖存器置位,，電路才能重新啟動。電流互感 器T2監(jiān)視著T1的尖峰電流值,，當(dāng)發(fā)生過載時,，T1的尖峰電流迅速上升，使T2的次級電流上升,，經(jīng)D1整流,，R9及C7平滑濾波，送到IC1的腳3,，使 IC1的腳1電平下降（注意：接IC1腳1的R3,，C4必須接成開環(huán)模式，如接成閉環(huán)模式則過流時555的腳7放電端無法放電）,。

IC1的腳1與IC2的 腳6相連接,，使IC2的比較器1同相輸入端的電壓降低，觸發(fā)器Q輸出高電平,，V1導(dǎo)通,，IC2的腳7放電，使IC1的腳1電平被拉低于1V,，則IC1輸出 關(guān)閉,，S1因無柵極驅(qū)動信號而關(guān)閉，使電路得到保護(hù),。若過流不消除,，則重復(fù)上述過程，IC1重新進(jìn)入啟動,、關(guān)閉、再啟動,、再關(guān)閉的循環(huán)狀態(tài),，即“打嗝”現(xiàn) 象。而且,，過負(fù)載期間,，重復(fù)進(jìn)行著啟振與停振，但停振時間長,，啟振時間短,，因此電源不會過熱,，這種過負(fù)載保護(hù)稱為周期保護(hù)方式（當(dāng)輸入端輸入電壓變化范圍 較大時，仍可使高,、低端的過流保護(hù)點(diǎn)基本相同）,。其振蕩周期由555單穩(wěn)多諧振蕩器的RC時間常數(shù)τ決定，本例中τ=R1C1,，直到過載現(xiàn)象消失,，電路才 可恢復(fù)正常工作。電流互感器T2的選擇同1.3的互感器計(jì)算方法,。

圖6 用555做限流保護(hù)電路

圖6電路,，可以用在單端反激式或單端正激式變換器中，也可用在半橋式,、全橋式或推挽式電路中,，只要IC1有反饋控制端及基準(zhǔn)電壓端即可，當(dāng)發(fā)生過流現(xiàn)象時,，用555電路的單穩(wěn)態(tài)特性使電路工作在“打嗝”狀態(tài)下,。

幾種過流保護(hù)方式的比較

幾種過流保護(hù)方式的比較如下表所示。